专利名称：风电机组叶轮自动锁紧系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风电控制技术，尤其涉及一种风电机组叶轮自动锁紧系统。
背景技术：
风电机组在维护检修或安装调试期间，一般要求机组叶轮部分处于静止状态，特别是当工作人员需要进入叶轮的轮毂内部工作时，为了保护工作人员的安全，更要保证轮毂不能突然发生旋转；另外，风电机组在长时间的停机状态下，也应该保证叶轮的静止，因为此时叶轮的叶片虽然处于理论顺桨状态，但由于风向的不稳定，叶轮难免出现小幅转动的情况，还会影响到传动链部件的使用寿命。基于此，在大型风电机组上配置叶轮锁紧装置是必需的。常用的叶轮锁紧方法有两种，一种是人工将锁紧销与通过主轴和叶轮连接的锁紧环上的销孔对中，然后手动将锁紧销推进销孔中，以锁紧叶轮；另一种是人工将锁紧销与销孔对中，然后靠液压力将锁紧销推进销孔中。前者一般用到容量为兆瓦级以下的风电机组上，此时，叶轮轴线方向上的载荷不大，人工将锁紧销和销孔对中后，依靠人工的力量就可以将锁紧销推进销孔中，同样，依靠人工可以将锁紧销从销孔拔出实现叶轮解锁；后者一般用到容量较大的风电机组上，例如兆瓦级风电机组。由于人工将锁紧销和销孔对中的过程是这样的人工转动制动盘，通过传动链部件的工作，与主轴连接的锁紧环转动，从而实现锁紧销和锁紧环上的销孔的对中，其中制动盘与联轴器、齿轮箱、主轴和叶轮依次连接，随着风电机组容量的增大，机组传动链的转动惯量随之增加，特别对于直驱或半直驱的风电机组而言，传动链部件不包括用于变速的齿轮箱，或者包括的齿轮箱的变速能力比较差，这样，人工转动锁紧环就会比较困难，导致人工将锁紧销与锁紧环上的销孔对中就会比较难。 然而，若在风电机组上增加专门的将锁紧销与销孔对中的装置，就会增大风电机组的体积， 增加将对中装置运送到风电塔筒的负担，而且还需要增加额外的成本。
实用新型内容针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种风电机组叶轮自动锁紧系统。本实用新型提供的风电机组叶轮自动锁紧系统，包括用于检测锁紧环上销孔位置的第一光信号传感器和第二光信号传感器，用于将锁紧销推进或拔出所述销孔的液压系统，用于检测所述锁紧销的行程量的行程量传感器，用于检测叶轮转速的速度传感器，用于根据接收到的所述第一光信号传感器的电信号、所述第二光信号传感器的电信号、所述速度传感器的转速和所述行程量传感器的所述行程量控制所述液压系统的启停的控制单元；其中，所述第一光信号传感器和所述第二光信号传感器设置在所述锁紧销的靠近所述锁紧环的一端，所述行程量传感器设置在所述锁紧销上，所述速度传感器设置在所述叶轮或所述锁紧环上，所述控制单元分别与所述第一光信号传感器、所述第二光信号传感器、所述行程量传感器、所述速度传感器和所述液压系统连接。[0008]如上所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其中，所述液压系统包括液压泵、用于带动所述液压泵工作的电动机、第一二位二通电磁阀、第二二位二通电磁阀、用于控制油进入所述锁紧销内的第一压力腔或第二压力腔使所述锁紧销靠近或者远离所述锁紧环的三位四通电磁阀、用于将流过所述第一二位二通电磁阀所在支路的油压维持在预定值的背压阀；所述电动机、所述液压泵、所述第一二位二通电磁阀、所述背压阀、所述三位四通电磁阀依次连接，并且所述背压阀还与油箱连接，所述第一二位二通电磁阀和所述背压阀串联后与所述第二二位二通电磁阀并联，所述第一压力腔为所述锁紧销内靠近所述锁紧环的压力腔，所述第二压力腔为所述锁紧销内远离所述锁紧环的压力腔。如上所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其中，所述液压系统还包括用于为超出管路运输能力的油提供通路的溢流阀，所述溢流阀分别与所述液压泵和所述油箱连接。如上所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其中，所述液压系统还包括用于吸收所述液压泵输出的油的液压冲击波动的蓄能器，所述蓄能器分别与所述第二二位二通电磁阀、所述液压泵连接。如上所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其中，所述液压系统还包括用于将检测到的液压系统的油压传递给所述控制单元以控制所述电动机开闭的压力变送器，所述压力变送器分别与所述第二二位二通电磁阀、所述液压泵、所述控制单元连接。本实用新型提供的风电机组叶轮自动锁紧系统，通过速度传感器、第一光信号传感器、第二光信号传感器实现锁紧销与销孔的自动对中，在自动对中的情况下，控制单元根据接收到的第一光信号传感器的电信号、第二光信号传感器的电信号、速度传感器的转速和行程量传感器的行程量控制液压系统的启停实现叶轮的自动锁紧，同时通过行程量传感器、控制单元、液压系统的配合完成叶轮的自动解锁。该系统可以保证风电机组的安全性及可靠性，减少了维护人员的工作量，有利于提高风电机组的有效利用率。
图1为本实用新型风电机组叶轮自动锁紧系统示意图；图2为本实用新型液压系统、锁紧销、速度传感器、行程量传感器、第一光信号传感器、第二光信号传感器和锁紧环的连接图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型实施例的技术方案。图1为本实用新型风电机组叶轮自动锁紧系统示意图，如图1所示，该系统包括 第一光信号传感器2、第二光信号传感器3、速度传感器1、行程量传感器4、控制单元5和液压系统6。图2为本实用新型液压系统6、锁紧销21、速度传感器1、行程量传感器4、第一光信号传感器2、第二光信号传感器3和锁紧环22的连接图，如图2所示，第一光信号传感器 2和第二光信号传感器3设置在锁紧销21的靠近锁紧环22的一端，速度传感器1设置在叶轮或锁紧环22上，行程量传感器4设置在锁紧销21上，控制单元5分别与第一光信号传感器2、第二光信号传感器3、速度传感器1、行程量传感器4和液压系统6连接。下面介绍该系统的具体工作原理。第一光信号传感器2和第二光信号传感器3用于检测锁紧环22上销孔位置，液压系统6用于将锁紧销21推进或拔出销孔，速度传感器1用于检测叶轮转速，行程量传感器 4用于检测锁紧销21的行程量，控制单元5用于根据接收到的第一光信号传感器2的电信号、第二光信号传感器3的电信号、速度传感器1的转速和行程量传感器4的行程量控制液压系统6的启停。由于自然光不能穿过锁紧环22，而可以穿过锁紧环22上的销孔，所以第一光信号传感器2和第二光信号传感器3检测到锁紧环22和锁紧环22上的销孔时检测到的光的强度是不一样的，若第一光信号传感器2和第二光信号传感器3都检测到了光的强度的变化，则说明第一光信号传感器2和第二光信号传感器3都检测到了销孔，都传递电信号给控制单元5，并且，控制单元5中存储有叶轮转速的上限值和下限值，速度传感器1将检测到的叶轮的转速传递给控制单元5，若控制单元5判断接收到的速度传感器1检测的转速大于等于下限值、小于等于上限值，并且控制单元5接收到了第一光信号传感器2和第二光信号传感器3传递的电信号，则说明锁紧销21和销孔对中，控制单元5开启液压系统6，液压系统6将锁紧销21推进销孔，同时，行程量传感器4将检测到的锁紧销21的行程量传递给控制单元5，若控制单元5判断接收到的行程量等于控制单元5中预存的第二阈值，其中第二阈值为锁紧环22的外径与内径的差值再加上锁紧销21与锁紧环22之间的距离，控制单元5停止液压系统6，完成叶轮自动锁紧。需要说明的是，在实际的工程应用中，上限值和下限值是工作人员根据自己的经验预设的，预设的下限值需要保证锁紧环22从下限值到完全停止下来能够旋转一定的角度，比如，若锁紧环22上有12个销孔，叶轮转速为下限值，则需要保证从叶轮转速的下限值到叶轮完全停下来，锁紧环22旋转角大于30度，避免锁紧环22正好旋转到相邻销孔之间的位置，而上限值需要保证锁紧销21被推进销孔时，锁紧销21和锁紧环22之间不会产生太大的挤压力。相应地，该系统可以实现叶轮解锁，解锁过程是这样的，若需要解锁叶轮，控制单元5启动液压系统6，液压系统6将锁紧销21拔出销孔，同时，行程量传感器4将检测到的锁紧销21的行程量传递给控制单元5，若控制单元5判断接收到的行程量等于控制单元5 中预存的第二阈值，则停止液压系统6，完成叶轮的自动解锁过程。由上述的技术方案可知，本实用新型提供的风电机组叶轮自动锁紧系统，通过速度传感器1、第一光信号传感器2、第二光信号传感器3实现锁紧销21与销孔的自动对中， 在自动对中的情况下，控制单元5根据接收到的第一光信号传感器2的电信号、第二光信号传感器3的电信号、速度传感器1的转速和行程量传感器4的行程量控制液压系统6的启停实现叶轮的自动锁紧，同时通过行程量传感器4、控制单元5、液压系统6的配合完成叶轮的自动解锁。该系统可以保证风电机组的安全性及可靠性，减少了维护人员的工作量，有利于提高风电机组的有效利用率。在上述实施例的基础上，液压系统6包括液压泵7、电动机、第一二位二通电磁阀 14、第二二位二通电磁阀11、三位四通电磁阀15、背压阀13，其中，电动机、液压泵7、第一二位二通电磁阀14、背压阀13、三位四通电磁阀15依次连接，并且背压阀13还与油箱M连接，第一二位二通电磁阀14和背压阀13串联后与第二二位二通电磁阀11并联，上述结构可参见图2所示。具体的工作过程介绍如下。[0024]电动机用于带动液压泵7工作，三位四通电磁阀15用于控制油进入锁紧销21内的第一压力腔或第二压力腔使锁紧销21靠近或者远离锁紧环22，其中，第一压力腔为锁紧销21内靠近锁紧环22的压力腔，第二压力腔为锁紧销21内远离锁紧环22的压力腔，背压阀13用于将流过第一二位二通电磁阀14所在支路的油压维持在预设值。若需要锁紧叶轮， 控制单元5发送电信号分别给与电动机连接的继电器、与第一二位二通电磁阀14连接的继电器、与三位四通电磁阀15的靠近锁紧环22的一端连接的继电器，这三个继电器接通，电源通过对应的继电器分别与电动机、第一二位二通电磁阀14、三位四通电磁阀15连接，电动机、第一二位二通电磁阀14和三位四通电磁阀15工作。在电动机的带动下，液压泵7工作从油箱M中抽出油，油流向第一二位二通电磁阀14。若从第一二位二通电磁阀14流出的油压小于等于预定值，则油都流过背压阀13，若从第一二位二通电磁阀14流出的油压大于预定值，则一部分油流过背压阀13，剩余的油流回油缸，其中预定值为背压阀13的参数， 这样保证通过背压阀13流向三位四通电磁阀15的油压不大于预定值。由于三位四通电磁阀15的靠近锁紧环22的一端通电，流向三位四通电磁阀15的油经过B油路进入第一压力腔，在油压的作用下，锁紧销21向靠近锁紧环22的方向移动，同时行程量传感器4检测锁紧销21的行程量，将该行程量传递给控制单元5，控制单元5内存储有锁紧销21和锁紧环 22的距离D，若行程量达到(D-I)mm,控制单元5停止给与第一二位二通电磁阀14连接的继电器、与三位四通电磁阀15连接的继电器和与电动机连接的继电器传递电信号，这三个继电器都断开，第一二位二通电磁阀14、三位四通电磁阀15和电动机都断电，液压系统6停止工作。锁紧销21与锁紧环22的距离为Imm的情况下，若速度传感器1传递给控制单元 5的叶轮转速大于等于下限值、小于等于上限值，并且第一光信号传感器2和第二光信号传感器3都传递电信号给控制单元5，则控制单元5重新传递电信号给与电动机连接的继电器、与第二二位二通电磁阀11连接的继电器和与三位四通电磁阀15的靠近锁紧环22的一端连接的继电器，这三个继电器接通，电源通过对应的继电器分别与电动机、第二二位二通电磁阀11和三位四通电磁阀15接通，电动机、第二二位二通电磁阀11和三位四通电磁阀 15工作。在电动机的带动下，液压泵7工作，输出的油流向第二二位二通电磁阀11，经过第二二位二通电磁阀11流向三位四通电磁阀15，从三位四通电磁阀15的B油路进入第一压力腔，在油压的作用下，锁紧销21被推进销孔中，同时行程量传感器4将检测到的锁紧销21 的行程量传递给控制单元5，若该行程量等于第三阈值，控制单元5停止传递电信号给与电动机连接的继电器、与第二二位二通电磁阀11连接的继电器和与三位四通电磁阀15的靠近锁紧环22的一端连接的继电器，这三个继电器都断开，电动机、第二二位二通电磁阀11 和三位四通电磁阀15都断电停止工作，完成叶轮锁紧，其中第三阈值为Imm加上锁紧环22 外径与内径的差值。通过上述的描述，将叶轮的自动锁紧分成两级动作，第一级使得锁紧销21离锁紧环22只有Imm的距离，在该级动作中，液压系统6的包含背压阀13的支路工作，这样，可以保证第一压力腔中的油压不大于预定值，避免下面的问题发生第一压力腔中的油压过大， 使得锁紧销21撞到锁紧环22上，锁紧销21端面和锁紧环22之间的挤压力对设备造成损害；第二级动作在锁紧销21和销孔对中的情况下，将锁紧销21推进销孔中，在该级动作中， 液压系统6的不包含背压阀13的支路工作，这样，可以保证在锁紧销21和销孔对中的情况下，锁紧销21快速插入销孔。同样地，叶轮解锁的过程如下若需要解锁叶轮，控制单元5发送电信号分别给与电动机连接的继电器、与第二二位二通电磁阀11连接的继电器和与三位四通电磁阀15的远离锁紧环22的一端连接的继电器，这三个继电器接通，电源就会通过对应的继电器分别与电动机、第二二位二通电磁阀11和三位四通电磁阀15连接，电动机、第二二位二通电磁阀11和三位四通电磁阀15就会工作。在电动机的作用下，液压泵7工作，从油缸中抽出油， 油流向第二二位二通电磁阀11，通过第二二位二通电磁阀11流向三位四通电磁阀15，经过三位四通电磁阀15的A油路进入锁紧销21的第二压力腔，锁紧销21向远离锁紧销21的方向移动，锁紧销21被拔出销孔，同时，行程量传感器4将检测到的锁紧销21的行程量传递给控制单元5，若控制单元5判断接收到的行程量等于控制单元5中预存的第二阈值，则停止发送电信号给与电动机连接的继电器、与第二二位二通电磁阀11连接的继电器、与三位四通电磁阀15的靠近锁紧环22的一端连接的继电器，这三个继电器都断开，电动机、第二二位二通电磁阀11和三位四通电磁阀15都会断电而停止工作，完成叶轮的自动解锁过程。如图2所示，锁紧销21固定在锁紧销21固定板17上，锁紧销21固定板17与主机架2020采用螺栓连接，活塞19固定在锁紧销21的液压缸内，锁紧销液压缸端盖18与锁紧销21形成密封的压力腔，活塞19将压力腔分成第一压力腔和第二压力腔，锁紧环22与叶轮用螺栓连接，锁紧环22上设置有销孔，为了避免锁紧叶轮时，锁紧销21与销孔之间的摩擦，在销孔中配置有衬套23。在上述实施例的基础上，该系统中的液压系统6还包括溢流阀16，溢流阀16分别与液压泵7和油箱M连接，用于为超出管路运输能力的油提供通路，当液压泵7抽出的油太多，不能都通过管路的情况下，多余的油通过溢流阀16重新流回油缸。在上述实施例的基础上，该系统中的液压系统6还包括蓄能器9，蓄能器9分别与第二二位二通电磁阀11、液压泵7连接，用于吸收液压泵7输出的油的液压冲击波动，液压泵7工作的过程中，液压泵7输出的油会有冲击波动，为保证管路中的油压能保持平稳，利用蓄能器9将液压冲击波动吸收，储存起来，液压系统6中的元件免受液压冲击。在上述实施例的基础上，该系统中的液压系统6还包括压力变送器10，分别与第二二位二通电磁阀11、液压泵7、控制单元5连接，用于将检测到的液压系统6的油压传递给控制单元5以控制电动机开闭。在压力变送器10检测到的压力大于等于控制单元5中预存的第四阈值的情况下，为保证锁紧销21内液压腔的密封性，控制单元5控制电动机关闭，在压力变送器10检测到的压力小于等于第五阈值的情况下，为保证液压系统6的压力可以将锁紧销21推进或拔出销孔，控制单元5控制电动机以更大的功率重新启动，保证液压系统6的压力，其中第五阈值小于第四阈值。为避免液压系统6中的管路中油的逆流，可以在管路中增加单向阀，比如可以在三位四通电磁阀15和背压阀13之间设置一个第一单向阀12，在液压泵7的出口处设置一个第二单向阀8。本实用新型提供的风电机组叶轮自动锁紧系统中的行程量传感器4可以实时检测锁紧销21的行程量，在叶轮锁紧状态下，若行程量传感器4检测到的锁紧销21的行程量大于锁紧环22的内外径的差值，控制单元5控制液压系统6进行叶轮锁紧过程。[0034] 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种风电机组叶轮自动锁紧系统，其特征在于，包括用于检测锁紧环上销孔位置的第一光信号传感器和第二光信号传感器，用于将锁紧销推进或拔出所述销孔的液压系统， 用于检测所述锁紧销的行程量的行程量传感器，用于检测叶轮转速的速度传感器，用于根据接收到的所述第一光信号传感器的电信号、所述第二光信号传感器的电信号、所述速度传感器的所述转速和所述行程量传感器的所述行程量控制所述液压系统的启停的控制单元；其中，所述第一光信号传感器和所述第二光信号传感器设置在所述锁紧销的靠近所述锁紧环的一端，所述行程量传感器设置在所述锁紧销上，所述速度传感器设置在所述叶轮或所述锁紧环上，所述控制单元分别与所述第一光信号传感器、所述第二光信号传感器、所述行程量传感器、所述速度传感器和所述液压系统连接。
2.根据权利要求1所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其特征在于，所述液压系统包括液压泵、用于带动所述液压泵工作的电动机、第一二位二通电磁阀、第二二位二通电磁阀、用于控制油进入所述锁紧销内的第一压力腔或第二压力腔使所述锁紧销靠近或者远离所述锁紧环的三位四通电磁阀、用于将流过所述第一二位二通电磁阀所在支路的油压维持在预设值的背压阀；所述电动机、所述液压泵、所述第一二位二通电磁阀、所述背压阀、所述三位四通电磁阀依次连接，并且所述背压阀还与油箱连接，所述第一二位二通电磁阀和所述背压阀串联后与所述第二二位二通电磁阀并联，所述第一压力腔为所述锁紧销内靠近所述锁紧环的压力腔，所述第二压力腔为所述锁紧销内远离所述锁紧环的压力腔。
3.根据权利要求2所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其特征在于，所述液压系统还包括用于为超出管路运输能力的油提供通路的溢流阀，所述溢流阀分别与所述液压泵和所述油箱连接。
4.根据权利要求2所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其特征在于，所述液压系统还包括用于吸收所述液压泵输出的油的液压冲击波动的蓄能器，所述蓄能器分别与所述第二二位二通电磁阀、所述液压泵连接。
5.根据权利要求2所述的风电机组叶轮自动锁紧系统，其特征在于，所述液压系统还包括用于将检测到的液压系统的油压传递给所述控制单元以控制所述电动机开闭的压力变送器，所述压力变送器分别与所述第二二位二通电磁阀、所述液压泵、所述控制单元连接。
专利摘要本实用新型提供一种风电机组叶轮自动锁紧系统，该系统包括用于检测锁紧环上销孔位置的第一光信号传感器和第二光信号传感器，用于将锁紧销推进或拔出所述销孔的液压系统，行程量传感器，速度传感器和控制单元；其中，所述第一光信号传感器和所述第二光信号传感器设置在所述锁紧销的靠近所述锁紧环的一端，所述行程量传感器设置在所述锁紧销上，所述速度传感器设置在所述叶轮或所述锁紧环上，所述控制单元分别与所述第一光信号传感器、所述第二光信号传感器、所述行程量传感器、所述速度传感器和所述液压系统连接。该系统完成叶轮的自动锁紧和解锁，可以保证风电机组的安全性及可靠性，减少了维护人员的工作量，有利于提高风电机组的有效利用率。
文档编号F03D11/00GK202157917SQ20112025390
公开日2012年3月7日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者刘作辉, 毛永亮, 金宝年 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司